摘  要： 设计了一个智能化的汽车4S店钥匙管理系统，该系统以RFID自动无线识别和数据获取技术为基础，加之强大的数据管理软件，实现了高效、准确、便捷的自动识别和管理功能，同时记录店内待售或者客户送修的汽车信息和客户信息。该系统还具有指纹识别和摄像功能，提高了整个管理系统的安全性。 

    关键词： 汽车4S店; RFID; EM4095; RS 232/485接口

    汽车4S店是1998年以后才逐步由欧洲传入中国的舶来品，它是一种以“四位一体”为核心的汽车特许经营模式，包括整车销售(Sale)、零配件(Sparepart)、售后服务(Service)、信息反馈等(Survey)， “4S”的关键词是“解决方案”和“服务”。管理上的智能化和科技化是很好地满足汽车4S店这种经营理念的前提。本文介绍了一种智能钥匙牌管理系统， 保存汽车用智能钥匙牌(内部安装了无线射频ID卡)，记录这些钥匙的使用信息， 它为4S店工作人员提供了一个智能高效便捷的管理平台，为客户打造一个优质的服务环境。 

    此系统主要由智能化钥匙保管箱、数码钥匙扣以及上位PC机管理软件3部分构成。系统具有4个最大的特征：记忆功能、管理功能、可视功能和网络功能。 

    (1)系统的记忆功能：智能管理系统不仅能详细记录每次开启者的身份及开锁时间，而且系统还能通过钥匙扣上的IC片使钥匙具有记忆功能，以防止对系统进行非法操作，增加了钥匙的安全性和惟一性。 

    (2)系统的管理功能：智能管理系统不仅可以对钥匙进行管理，而且对系统的使用者也可以进行管理。根据不同工作人员的工作需要，它将系统的使用者划分为几个不同的权限级别。 

    (3)系统的可视功能：管理软件以图形化界面实时反映保险柜中存放钥匙的情况。另外，此管理系统有图像抓拍、存储等功能，操作管理人员进行身份认证时，此系统即对此人员当时图像进行抓拍并存档备案，在本系统的数据库中可随时查询。 

    (4)系统的网络功能：智能管理系统不仅可作为一个单一的系统存在，并且还可以向其他系统传送信息，通过网络可以实现数据共享和数据传输。管理人员可以在任意网络节点上检查钥匙当时的在位情况，还可以查询以往的历史数据并打印。 

1 系统硬件设计 

    汽车智能钥匙牌管理系统的硬件系统由PC机、指纹识别仪、摄像头、储存柜抽屉控制板、储存柜开关控制步进电机、智能钥匙槽位控制板及RS232/485转换接口等部分组成。 

    PC机中安装了人机交互操作界面软件和管理数据库系统，管理者在界面上的所有控制操作都会通过RS232/485转换器与储存柜抽屉控制板和储存槽位控制板之间进行不间断地指令数据通讯，保持存储柜的存放钥匙的信息实时地反映到界面上来，然后对数据库中相应数据进行记录、修改。 

    指纹扫描仪和摄像头都由PC机控制，对管理者身份进行确认，保证系统安全可靠。 

1.1 钥匙抽屉部分 

    整个系统有2个储存柜抽屉(每个抽屉中存放32把智能钥匙)，每个抽屉安装的控制板的作用主要是接收PC机的命令而控制步进电机的启停以开关抽屉，抽屉控制板作为从机时刻与主机保持通讯，当主机PC机发出打开或者关闭命令时，抽屉控制模块主芯片控制脚发出电平信号，驱动步进电机转动。 

1.2 钥匙辨别部分 

    每一块储存槽位控制板(每个抽屉中有32块)则负责由EM4095读卡芯片读取槽中放置的钥匙牌的ID，将信息传给控制芯片51单片机ATMEL4051^[1]，再通过通讯协议传给PC机上位机处理，如图1所示。 

    本系统的读卡处理模块采用了EM Microelectronic公司的射频识别读卡器芯片EM4095^[2]，该芯片使用时只需要接入少量的外围设备，同时具有很高和多种智能ID卡芯片无线协议的兼容性。 

    EM4095模式连线图如图2所示，EM4095和主单片机之间的通讯^[3]只需要SHD、RDY/CLK、DEMOD_OUT这3个引脚进行，MOD引脚置低将芯片置为只读方式。SHD为控制端口，值为1时芯片处于睡眠模式，低则为工作模式。RDY/CLK为单片机提供时钟信号和EM4095的准备信号，当SHD下降沿跳变开始接收信号，这时，根据智能芯片的不同，RDK/CLK若干个脉冲EM4095芯片会把收到的无线信号解调转换成高低电平由DEMOD_OUT传给单片机。 

1.3 串口通讯模块 

    在本智能钥匙牌管理系统中，所有管理操作都是由PC上位机界面向单片机发出控制指令的，控制当前系统每一块储存柜抽屉控制板的打开/关闭和每一块储存槽位控制板的读卡识别。系统采用了MAX485与PC机串口进行通讯，由于PC机串口是RS232接口，所以中间需要一个RS485/RS232转换器。对于现有系统的2个抽屉，每个抽屉有32把钥匙，采用令牌式的通讯方式。 

    本系统采用多个驱动器和接收器同时挂接总线的通讯方式，用RS485协议无论从可实现性和成本及软件设计等各方面考虑都显得恰到好处。所以本系统每块控制板都采用了RS485收发芯片MAX485。 

    MAX485接线方式如图3所示，RO接51单片机的接收管脚，DI连接发送管脚，DE接一个普通I/O口作为发送的使能脚，当DE值为1时，串口发送可以进行，否则发送功能被禁止，所以可以通过控制P1.7这个I/O来控制串口发送过程。 

2 系统软件设计 

2.1 上位机管理系统 

    整个控制系统的HMI是基于PC机流行操作系统可视化编程语言(如VB、NET、C#等)实现的一个管理界面，这个管理界面系统包含了一个由汽车钥匙信息库、操作人员信息库、历史记录等几个数据表构成的数据库，可以根据需要记录钥匙牌信息、管理员信息、客户信息和操作历史信息等，并且能够通过PC串口向下位机发送各种命令来实现智能钥匙自动化管理的功能。 

    进入管理系统前操作人员必须输入指纹，核对后，系统会切出登录界面，当管理人员输入正确的用户名密码后，摄像头会拍照记录当前操作人员的照片存入数据库，然后系统才能进入钥匙管理主界面。另外，对于管理者每次的取放钥匙及修改数据库操作都会记录下详细的信息(包括本人的照片)方便核查。 

    在获得了适当的管理使用权限之后，钥匙管理人员便能通过PC机上的人机交互界面对整个系统进行操作。在主界面中显示出存储柜的所有槽位，并实时显示槽中存放钥匙牌的信息，管理者还可以快速查询数据库中钥匙牌编号和相应的汽车编号，点击取钥匙命令抽屉会自动打开等待钥匙取出，需要放钥匙的时候只要打开抽屉即可随意放置在任意存储槽中，系统会实时显示哪些槽中放置了哪些钥匙。图4所示为PC机端系统管理监测软件界面。 

2.2 钥匙辨别子程序 

    在图2所示的EM4095的连接图中，RDY/CLK提供传输读卡数据位的超始和终止信号，它连接了单片机的计数中断，在每个数据位到来的时候，就会进入读卡中断子程序。 

    这个中断程序主要按照钥匙卡内部存储的数据格式来读取一共64 bit的数据，即帧头－数据－列校验－行校验，然后对保存好的这帧数据进行行列校验，校验通过后主芯片就可以把其中的数据码提取出来得到钥匙芯片的ID数据。 

2.3 通讯协议 

    通讯过程是本系统实现各种管理功能的重要组成部分，通讯协议在软件层面保证了通讯过程的顺畅。通讯协议运用的是MODBUS通讯协议，保证通讯过程的安全可靠。数据帧结构如表1所示。 

    在存放钥匙时，系统采用顺序扫描方式:PC机和抽屉里的每1块槽芯片都保持着通讯，具体过程如图5所示，PC向第1块槽地址芯片发送请求，后者便会将读卡器读到的钥匙ID号反馈给PC机，PC机收到后把槽地址和上面存放钥匙的ID存入数据库，然后继续向下一个地址发送请求，只要储存抽屉打开，这种通讯过程就会一直循环不中断，如果某个槽上放了钥匙，ID号会很快反馈给PC机，如果没有放置，则会返回一个全0的ID。取钥匙的过程就非常简单，PC机直接对需求的插入钥匙的槽地址发出请求，后者反馈ID号，这个过程会一直持续，直到PC机收到全0的ID号之后，即认为钥匙已被取走。 

    读卡和通讯模块构成了整个程序的主体，图6为系统总流程图。 

    4S店模式这几年在国内发展极为迅速。汽车行业的4S店就是汽车厂家为了满足客户在服务方面的需求而推出的一种业务模式。普通的钥匙管理系统远远不能实现安全高效管理这一重要功能，加之RFID无线射频ID卡识别技术的广泛应用，本文介绍的这种4S汽车销售专卖店中使用的非接触式汽车用智能钥匙牌的管理系统设计方案，同样也能应用于其他涉及到RFID卡的管理场合。该系统具备记忆、管理、可视和网络四大主要特征，配合计算机上位机的管理监测软件，能让管理者便捷高效地管理当前RFID卡的储存情况及查询历史使用情况，另外值得一提的是，该系统配有指纹识别以及摄像装置，更能确保整个管理系统的安全性。 

    在这个“以方案和服务为核心竞争力”的时代，4S店必定会越来越普遍地出现在汽车甚至其他行业，这个智能钥匙牌管理系统功能全面、方便高效、使用安全，具有广阔的应用前景。 

参考文献 

[1] 周明德，蒋本珊.微机原理和接口技术[Ｍ].北京：人民邮电出版社，2002. 

[2] EM MICROELECTRONIC公司.EM4095系列手册[Z].2002. 

[3] 刘梅，李正平，徐超.非接触式IC卡考勤系统的设计[J].现代电子技术,2007,30(1):147-149.